罕见的遗传疾病导致面部缺陷的生物电信号错误

美国塔夫茨大学(Tufts University)的生物学家发现了一种生物电机制，通过这种机制，罕见的遗传疾病安德生-塔维勒综合征(ATS)会导致面部异常。这一发现可能为从出生缺陷到癌症等一系列疾病的预防措施和治疗带来帮助。该发现发表于2016年2月11日生理学杂志网上提前出版。

第一作者丹尼·斯宾塞·亚当斯博士是塔夫茨艺术与科学学院生物系的研究副教授，他和塔夫茨大学的同事们麻省理工学院和RMIT大学使用胚胎青蛙模型，首次证明错误的生物电信号是导致ats颅面缺陷的原因——宽阔的前额和鼻子，宽的眼睛，低的耳朵和小的下巴和下巴。

ATS患者体内编码钾离子通道Kir2.1的基因发生了突变，Kir2.1是细胞机制的关键部件，通过调节钾离子进出细胞来维持细胞电荷。如果Kir2.1发生故障，它会影响胚胎面部特征的发育。

心律失常和肌肉紊乱也与ATS相关，此前已被认为与电生理学有关，但颅面畸形尚未得到解释。

亚当斯说，这些新发现“不仅是关于为什么一种罕见的突变会导致颅面异常的第一个模型，它们实际上可能适用于更常见的情况。胎儿酒精综合症。"

她说，虽然全世界只有大约100人患有ATS，但据估计，有超过700万人患有胎儿酒精综合症。其他科学家的研究发现，酒精会与Kir2.1离子通道结合，这引发了一种推测，即离子通道功能异常可能会导致胎儿酒精综合症相关的独特面部特征，就像ATS一样。

在他们的研究中，塔夫茨大学的科学家们利用光来控制离子通道的活性——这是第一次利用新兴的光遗传学领域来改变胚胎发育，并通过操纵生物电信号来探测疾病状态。研究人员利用光来精确操纵和监控经过基因修饰的细胞，以表达光敏离子通道。他们发现，在早期发育过程中，改变青蛙胚胎外层细胞内的自然生物电模式，会导致颅骨和面部的异常，而开发后期的变化则没有。

工作支持早些时候由塔夫茨大学研究人员发现,在许多细胞类型生物信号,不仅神经,扮演着重要的角色在细胞如何创建和修复复杂的解剖结构,Michael Levin说,塔夫茨博士,主任再生和发育生物学中心和一个最新研究的合著者。

他说，有了这些知识，就有可能改变生物电信号，以纠正基因突变或其他发育缺陷的影响。“这是这里的大图景，”Levin说，他也是塔夫茨大学生物系的Vannevar Bush教授。

的生理学杂志研究表明，对Kir2.1这样的离子通道施加某种控制的能力，可能会极大地改变发育中的胚胎细胞中发生的事情。防止面部异常形成的治疗方法，如与ATS相关的疾病和其他因故障引起的情况离子通道亚当斯说，不需要改变基因序列，甚至不需要知道哪个基因受到了影响。

“我们已经有了可以改变离子通量的药物，”亚当斯说。“因为我们有针对性的药物，我们已经有办法进入并预防这个问题。”

亚当斯和莱文实验室是世界上研究神经系统外细胞生物电的屈指可数的两个实验室。在早期的研究中，这两个团队证明了生物电信号通过在发育、再生和癌症抑制过程中决定细胞和组织的命运，参与调节一系列器官的基因表达和解剖结构。

“这些生物电特性和生物化学信号一样重要，”亚当斯说，“而且在某些方面比遗传更容易治疗。”

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